「曼哈頓計劃」誕生於1940年代初期，是第二次世界大戰期間研發與製造原子彈的一項大型秘密軍事工程，由美國主導、英國和加拿大提供協助。當時環境艱難，出於對德國原子彈的恐懼，儘早結束戰爭的願望以及美國政府無限資源的投入，許多科學家和軍人參與其中。
早在1930年代，許多歐美科學家便開始關注研究原子。但是後來他們發現可以利用原子的力量來發展核彈。德國人率先發現了鈾的核裂變，德國納粹也擁有歐洲最大的鈾礦，一些人擔心希特勒會很快生產出核彈。在這種緊張局勢下，羅斯福決定最大程度地保密，該計劃期望美國人能在德國人之前研製出原子彈。因此，啟動了「曼哈頓計劃」。
美國以前所未有的規模招募和調動了人力資源。與其他軍事項目一樣，人力資源對於曼哈頓計劃的順利運作至關重要。這就是為什麼在1942年，美國政府秘密地動員了大約15萬人實施該計劃，並將其委託給一組科學家。這其中就包括一位美籍華裔物理學家吳健雄，她是美國物理學會的第一位女性會長，被稱為「中國的居里夫人」、「物理研究的第一女士」、「核子研究的女王」以及「世界最傑出的女性實驗物理學家之一」。 1912年5月31日，吳健雄出生於中國江蘇省太倉縣，童年時在其父親吳仲裔為女童創辦的明德學校中讀書。後去往蘇州第二女子師範學校求學。1929年，吳健雄以班級頂尖成績畢業並被當時的國立中央大學錄取。九一八事變之後，她主張政府對日本應採取強硬態度，作為領導人組織同學到時任國民政府軍事委員會委員長的蔣中正的辦公廳舍靜坐表示抗議。本科畢業後在浙江大學繼續進修研究生階段的物理學課程。她在中央研究院顧靜薇教授的鼓勵下踏上海外求學之路。
1936年8月吳健雄乘坐胡佛總統號郵輪啟程前往美國。到達美國後她拜訪了加州大學伯克利分校，在此期間，她結識了物理學家袁家騮。他是首任中華民國大總統袁世凱的孫子。袁家騮帶著吳健雄參觀了伯克利的放射性實驗室。二人因緣分而相遇。後來吳健雄認為密西根大學對女性不甚尊重，該校當時由學生捐資興建的學生中心不允許女學生從其前門進入，這令她決定改在伯克利進修。袁家騮將她引見給伯克利物理系當時的系主任雷蒙德·伯奇。儘管那個學年早已開始，但伯奇仍是錄取了吳健雄。由於當時對亞裔學生的歧視，她與袁家騮二人只獲得了一個較低薪酬的助教職位。吳健雄於1940年6月獲得了哲學博士學位。儘管得到勞倫斯和塞格雷的推薦，她仍是沒能在大學中取得職位，所以她繼續在放射性實驗室中當博士後。1942年5月30日，吳健雄與袁家騮在袁的導師、加州理工當時的校長羅伯特·密立根的家中完婚。正式成為了袁世凱的孫媳婦。
1944年3月，吳健雄加入了位於哥倫比亞大學的曼哈頓計劃下屬的替代合金材料實驗室。1944年9月位於漢福德區的B反應堆遭遇意外故障，該反應堆會周期性停止運作然後又重新啟動。物理學家埃米利奧·塞格雷記起吳健雄曾在伯克利做過氙的放射性同位素的研究。於是曼哈頓特區工程師肯尼斯·尼科爾斯上校聯繫了吳健雄，她有一篇未發表的論文是關於氙-135的，她提供的草稿最終幫助解決了該問題。
第二次世界大戰結束，吳健雄與中國的家人終於取得聯繫，但回國的計劃卻因國共內戰的爆發而擱淺。新中國成立後，其父親擔心女兒持國民政府頒發護照回中國大陸或出國不便。1954年最終吳健雄加入美國籍。1973年，袁家騮和夫人吳健雄作為著名物理學家榮歸故里，受到周總理親自接見。